Explorações virtuais

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UNIVERSIDADE ABERTA

Explorações Virtuais

Júlio Miguel Guerreiro do Vale

Mestrado em Tecnologias e Sistemas Informáticos Web

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UNIVERSIDADE ABERTA

Explorações Virtuais

Júlio Miguel Guerreiro do Vale

Mestrado em Tecnologias e Sistemas Informáticos Web

Dissertação orientada por

Professor Doutor Vitor José Crêspo Cardoso

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“Simplicity is the ultimate sophistication”

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Resumo

Esta investigação visou desenvolver uma aplicação de realidade virtual interativa com objetivos pedagógicos e de divulgação sobre a vida e obra de Leonardo Da Vinci, um marco fundamental na história das técnicas e da tecnologia, que contribuísse para motivar os estudantes no sentido da aprendizagem da história da tecnologia e de alguns princípios científicos e técnicos relevantes em áreas tão diversas como a física, matemática, geometria, aerodinâmica e arte, entre outros, veiculados na obra de Leonardo.

O produto desta investigação materializou-se num percurso virtual com características de jogo sério acedido via Web e onde os utilizadores/visitantes contactaram de forma dinâmica com uma seleção de conteúdos interativos, objetos virtuais e personagens com que interagem de várias formas. Na conceção foram usadas técnicas de realidade virtual, de realidade aumentada e conteúdos multimédia ajustados aos tipos de públicos-alvo definidos (crianças/jovens do ensino básico) para testar o produto final.

Palavras-chave: Exploração virtual, Realidade virtual, Realidade aumentada, Jogos sérios, WebGL

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Abstract

This research aimed to develop an interactive virtual reality application with pedagogical and dissemination objectives about the life and work of Leonardo Da Vinci, a fundamental landmark in the history of techniques and technology, which contributed to motivate students to learn the history of technology and of some relevant scientific and technical principles in areas as diverse as physics, mathematics, geometry, aerodynamics and art, among others, which are transmitted in Leonardo's work.

The product of this investigation materialized in a virtual course with serious gameplay features accessed via the Web and where users/visitors interacted dynamically with a selection of interactive contents, virtual objects and characters with which they interact in various ways. In the design, virtual reality, augmented reality techniques and multimedia content adapted to the types of target audiences (children/young people in elementary education) were used to test the final product.

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Dedicatória

Aos meus filhos, Gustavo e Matilde e à Sílvia, minha mulher.

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Agradecimentos

Aos meus filhos e mulher por terem prescindido tempo de família e compreenderem essa necessidade para a conclusão deste mestrado.

Ao Professor Doutor Vitor José Crêspo Cardoso, pela confiança transmitida, pelo seu sempre positivismo, pela sua dedicação e orientação de excelência.

Ao Paulo Gomes Nunes e ao Pedro André da Silva, cujas participações foram extremamente valiosas, as suas partilhas de conhecimento contribuíram para o aperfeiçoamento desta investigação.

À diretora do agrupamento de escolas Dr. António Augusto Louro, Célia Dias. À diretora da escola EB1/JI Aldeia de Paio Pires, Maria Luís Velez. À professora bibliotecária do agrupamento de escolas Dr. António Augusto Louro, Sílvia Bastos. À professora titular da turma 4º.A escola EB1/JI Aldeia de Paio Pires, Cláudia Marques. A todos os alunos que participaram na apresentação do protótipo que, sem eles não teria sido possível concluir este trabalho.

Às secretárias do mestrado Web, Ana Tavares e Elisa Antunes pelas milhentas dúvidas esclarecidas, pela simpatia e igual dedicação aos alunos do curso.

A todos os meus colegas do mestrado Web em especial os da unidade curricular de realidade virtual, João Rodrigues, Jorge Sobrinho e Mauro Júlio Battassini que ajudaram a “semear” este gosto pela realidade virtual.

A todos os professores que lecionaram as unidades curriculares do mestrado Web, que partilharam saberes e métodos que me fizeram evoluir como aluno e técnico de sistemas de informação.

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Índice

Resumo ... v Abstract ... vii Dedicatória ... ix Agradecimentos ... xi Índice ... xiii

Índice de figuras ... xvii

Índice de gráficos ... xxi

Índice de tabelas ... xxiii

Lista de abreviaturas, siglas e acrónimos ... xxv

Introdução ... 27 Enquadramento e justificação ... 29 Questões de investigação ... 30 Objetivos ... 31 Relevância do projeto ... 31 Estrutura da dissertação ... 32

Capítulo I - Estado da Arte ... 33

1.1. A comunicação como transmissão de conhecimento ... 35

1.2. Jogos e explorações virtuais ... 37

1.3. Jogos como ferramentas de ensino ... 40

1.4. Benefícios para o ensino ... 43

1.5. Dificuldades de uso de realidade virtual no ensino ... 45

1.6. Resumo do capítulo ... 46

Capítulo II - Metodologias ... 49

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2.2. GBL, Game Based Learning ... 54

2.3. Construtivismo ... 56

2.4. ELM, “Exploratory Learning Model” ... 57

2.5. Fases do projeto ... 58

2.6. Aplicação dos métodos ... 59

Capítulo III – Desenho, Implementação e Avaliação ... 63

3.1. Desenho de jogo ... 65 3.2. Tecnologias ... 71 3.2.1. Edição 3D ... 73 3.2.2. Realidade Aumentada ... 84 3.2.3. Linguagens de programação ... 86 3.2.4. Tratamento multimédia... 88 3.2.5. Tecnologias escolhidas ... 90 3.3. Implementação e avaliação ... 91

3.3.1. Testes para a escolha das ferramentas ... 92

3.3.2. Idealização do cenário ... 96

3.3.3. Construção de objetos ... 102

3.3.4. Primeira versão do protótipo ... 108

3.3.5. Segunda versão do protótipo ... 124

3.3.6. Terceira versão do protótipo ... 144

Capítulo IV – Biblioteca Aberta ... 159

4.1. Sítio Web ... 161 4.2. Atividades ... 164 4.3. Biblioteca ... 165 4.3.1. “SKETCHUP” ... 165 4.3.2. “BLENDER” ... 173 4.3.3. “VIVATY STUDIO” ... 175 4.3.4. “UNITY” ... 177 4.3.5. “IMAGENS” ... 178 4.3.6. “SONS” ... 181 4.3.7. “VIDEOS” ... 181

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4.4. Tutoriais ... 181

4.5. Projetos... 182

4.6. Jogar ... 183

4.7. Resumo do Capítulo ... 183

Considerações Finais e Conclusão ... 185

Questões de Investigação ... 188

Objetivos ... 191

Conclusão ... 199

Trabalhos futuros ... 200

Surpresa para os jogadores... 200

Versão da exploração para tablets ... 201

Níveis adicionais na exploração ... 201

Bibliografia ... 203

Anexos ... 211

I. Tabelas comparativas das tecnologias estudadas ... 213

II. Questionário em Papel – 1.ª Versão ... 216

III. Certificados de presença ... 222

IV. Questionário em Papel – 2.ª Versão ... 223

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xvii

Índice de figuras

Figura 1 – Fases do projeto ... 59

Figura 2 – Editor Vivaty Studio ... 73

Figura 3 - Editor Coopercube ... 74

Figura 4 - Editor Sketchup ... 75

Figura 5 - Minecraft ... 76

Figura 6 - Ogre ... 77

Figura 7 - Delta3D ... 78

Figura 8 - CryEngine 3 ... 78

Figura 9 - Editor Maya ... 79

Figura 10 - Editor 3DS Studio Max ... 80

Figura 11 - Editor Blender3D ... 81

Figura 12 - Editor Unity3D ... 82

Figura 13 - Minecraft & VRML/X3D ... 92

Figura 14 - CopperCube ... 93

Figura 15 - Unity3D, aldeia medieval ... 95

Figura 16 - Cidade de Immola ... 96

Figura 17 - Cidade Ideal ... 96

Figura 18 – Casa de infância de Leonardo da Vinci ... 97

Figura 19 - Cidade ideal de Leonardo da Vinci, Nível 2 “Ateliê de Verrocio” ... 98

Figura 20 - Catedral de Milão, Nível 3 ... 99

Figura 21 - Cidade de Florença, nível 4 ... 100

Figura 22 - Castelo de Clos Lucé, Nível 5 “Castelo Clos Lucé” ... 101

Figura 23 - Desenho de "Swing Bridge” de Leonardo da Vinci ... 102

Figura 24 - Swing Bridge de Leonardo da Vinci ... 102

Figura 25 - Casa de Infância de Leonardo da Vinci ... 103

Figura 26 - Casa de infância de Leonardo da Vinci (3D) ... 103

Figura 27 - Poço de Leonardo da Vinci ... 104

Figura 28 - Moldura para quadro Mona Lisa ... 104

Figura 29 - Quadro de Mona Lisa ... 104

Figura 30 - Mesa de trabalho de Leonardo da Vinci ... 105

Figura 31 - Cenário de "Da Vinci Deamons" ... 105

Figura 32 - O castiçal ... 105

Figura 33 - Modelos de Cubo e Prisma ... 105

Figura 34 - Paraquedas de Leonardo da Vinci ... 106

Figura 35 - Tela de Leonardo da Vinci ... 106

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Figura 37 - Nível de jogo com Lírios ... 107

Figura 38 - Nível de jogo com Lírios ... 107

Figura 39 - Indicação de carregamento de nível ... 107

Figura 40 - Menu dos níveis ... 107

Figura 41 - Indicações para movimentação ... 109

Figura 42 - Casa Natal de Leonardo Da Vinci ... 111

Figura 43 - Casa Natal de Leonardo Da Vinci (3D) ... 111

Figura 44 - Vinci, Florence, Italy ... 111

Figura 45 - Arredores da casa de infância de Leonardo (3D) ... 111

Figura 46 - Textura normal ... 112

Figura 47 - Textura realista ... 112

Figura 48 - Avatar na primeira pessoa ... 113

Figura 49 - Avatar na terceira pessoa ... 113

Figura 50 - Qualidade acrescida (20 FPS com GPU)... 114

Figura 51 - Máxima performance (35 FPS com GPU) ... 115

Figura 52 - Módulo de análise de performance "Profiler" em Unity3D... 124

Figura 53 - Escola 1º. Ciclo Aldeia da Paio Pires ... 126

Figura 54 - Apresentação da exploração virtual (1) ... 126

Figura 55 - Apresentação da exploração virtual, (2) ... 127

Figura 60 - Certificado de presença ... 129

Figura 62 - Oficina de Paraquedas ... 130

Figura 63 - Ponte autossustentada de Leonardo da VInci ... 130

Figura 64 - Oficina de Ponte autossustentada ... 131

Figura 65 - Tela da Ponte autossustentada ... 131

Figura 66 - Desenho em perspetiva de Leonardo da Vinci ... 132

Figura 67 - Tela do desenho em perspetiva ... 132

Figura 68 - Oficina de Desenho em perspetiva ... 132

Figura 69 - Poliedro de Leonardo da Vinci ... 133

Figura 70 - Poliedro ... 133

Figura 71 - Oficina de sólidos geométricos, foto 1 ... 134

Figura 72 - Oficina de sólidos geométricos, foto 2 ... 134

Figura 73 - Tela dos sólidos geométricos ... 135

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xix

Figura 75 - Preenchimento do questionário, foto 1 ... 136

Figura 76- Preenchimento do questionário, foto 2 ... 137

Figura 77 - Terceira versão, publicação na Universidade Aberta ... 145

Figura 78 - Terceira versão, publicação no plus.google.pt ... 145

Figura 79 - Terceira versão, publicação no Yammer da Uab.pt ... 146

Figura 80 - Terceira versão, questionário página 1 ... 147

Figura 82 - Terceira versão, questionário página 3.1 ... 148

Figura 83 - Terceira versão, questionário página 3.2 ... 148

Figura 85 - Sítio Web: Projeto da Vinci ... 162

Figura 86 – Demonstração das atividades desenvolvidas com os alunos ... 164

Figura 88 - Ponte autossustentada de Leonardo da Vinci ... 166

Figura 89 - Representação de sólido geométrico de Leonardo da Vinci ... 167

Figura 90 - Construção de paraquedas de Leonardo da Vinci ... 167

Figura 91 - Desenho em perspetiva de Leonardo da Vinci ... 167

Figura 92 - Construção de ponte autossustentada de Leonardo da Vinci ... 168

Figura 93 - Tela vazia ... 168

Figura 94 - Aguia ... 168

Figura 95 - Canhão ... 169

Figura 96 - Castelo Clos Lucé ... 169

Figura 97 - Chariot ... 169

Figura 98 - Cidade ideal ... 170

Figura 99 - Cúpula e ponte de Leonardo ... 170

Figura 100 - Catedral de Milão ... 170

Figura 101 - Florença ... 171

Figura 102 - Lírios ... 171

Figura 103 - Rochas ... 171

Figura 104 - Rochas 2 ... 172

Figura 105 – Torre escalonada ... 172

Figura 106 - Máquina voadora ... 172

Figura 107 - Mesa de trabalho de Leonardo da Vinci... 173

Figura 108 - Casa de infância de Leonardo da Vinci ... 173

Figura 109 - Castiçal de Leonardo ... 173

Figura 110 - Poço de Leonardo da Vinci ... 174

Figura 111 - Ponte autossustentada ... 174

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xx

Figura 113 - Swing Bridge de Leonardo da Vinci ... 175 Figura 114 - Galerias de exposição e meio ambiente ... 175 Figura 115 - Terreno base do mundo virtual ... 175 Figura 116 - Barca ponte ... 176 Figura 117 - Crossbow, Balestra ... 176 Figura 118 - Draga ... 176 Figura 119 - Asset Classic Skybox ... 177 Figura 120 - Asset Medieval Environment ... 177 Figura 121 - Standard Assets for Unity 4.6 ... 177 Figura 122 - Standard Assets for Unity 5 ... 178 Figura 123 – A carregar ... 178 Figura 124 - Botão do menu ... 178 Figura 125 - Fundo do menu ... 179 Figura 126 – Lírios ... 179 Figura 127 - Rato e letras do teclado ... 179 Figura 128 - Fundo do blogue ... 180 Figura 129 - Fonte de texto ... 180

Figura 130 - Trajeto escondido ... 200

Figura 131 - Trajeto escondido ... 200 Figura 132 - Realidade aumentada ... 201

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xxi

Índice de gráficos

Gráfico 1 - Primeira versão: Idades dos utilizadores quantificados em grupos etários ... 117 Gráfico 2 - Primeira versão: Género dos utilizadores ... 117 Gráfico 3 - Primeira versão: Manuseamento quantitativo por tipo de utilização ... 118 Gráfico 4 - Primeira versão: Manuseamento do tablet por tipo de utilização ... 118 Gráfico 5 - Primeira versão: Análise dos equipamentos quantificados por antiguidade ... 118 Gráfico 6 - Primeira versão: Análise de conhecimento de jogos virtuais ou 3D ... 118 Gráfico 7 - Primeira versão: Preferência de jogabilidade por plataforma de jogo ... 119 Gráfico 8 - Primeira versão: Preferência de equipamento quantificado por tipo de equipamento ... 119 Gráfico 9 - Primeira versão: Análise de conhecimento sobre jogos sérios ... 119 Gráfico 10 - Primeira versão: Análise da experiência gráfica ... 119 Gráfico 11 - Primeira versão: Análise do processador gráfico ... 120 Gráfico 12 - Primeira versão: Análise da performance ... 120 Gráfico 13 - Primeira versão: Análise dos desenhos virtuais quantificado por perceção gráfica ... 120 Gráfico 14 - Primeira versão: Análise da exploração virtual por facilidade de uso ... 120 Gráfico 15 - Primeira versão: Análise da exploração quantificada por trajeto percorrido ... 121 Gráfico 16 - Primeira versão: Análise de performance quantificada por tempo de jogo ... 121 Gráfico 17 - Primeira versão: Análise de conhecimento por tarefas de aprendizagem ... 121 Gráfico 18 - Primeira versão: Análise de conhecimento por auto avaliação ... 121 Gráfico 19 - Primeira versão: Análise de preferências por tipo de aprendizagem ... 122 Gráfico 20 - Primeira versão: Análise de preferências da jogabilidade ... 122 Gráfico 21 - Primeira versão: Análise da oficina quantificado por facilidade de implementação ... 122 Gráfico 22 - Segunda versão: Idades dos utilizadores quantificado em grupos etários ... 137 Gráfico 23 - Segunda versão: Género dos utilizadores ... 137 Gráfico 24 - Segunda versão: Análise da experiência multimédia quantificada por conhecimentos

intrínsecos ... 138 Gráfico 25 - Segunda versão: Avaliação do desenho quantificado por preferências de desenho de jogo

... 138 Gráfico 26 - Segunda versão: Análise da usabilidade quantificada por interação com a exploração .. 139 Gráfico 27 - Segunda versão: Avaliação da jogabilidade quantificada por interação com a exploração

... 140 Gráfico 28 - Segunda versão: Avaliação da performance... 140 Gráfico 29 - Segunda versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na exploração virtual ... 141 Gráfico 30 - Segunda versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na oficina ... 141 Gráfico 31 - Segunda versão: Avaliação global ... 142 Gráfico 32 – Terceira versão: Idade dos utilizadores quantificados em grupos etários ... 150 Gráfico 33 - Terceira versão: Género dos utilizadores ... 151

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xxii

Gráfico 34 - Terceira versão: Análise da experiência multimédia quantificada por conhecimentos intrínsecos ... 151 Gráfico 35 - Terceira versão: Avaliação do desenho quantificado por preferências de desenho de jogo

... 152 Gráfico 36 - Terceira versão: Análise da usabilidade quantificada por interação com a exploração ... 152 Gráfico 37 - Terceira versão: Avaliação da jogabilidade quantificada por interação com a exploração

... 153 Gráfico 38 - Terceira versão: Avaliação da performance ... 154 Gráfico 39 - Terceira versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na exploração virtual ... 154 Gráfico 40 - Terceira versão: Avaliação global ... 155

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xxiii

Índice de tabelas

Tabela 1 - Segunda versão: Análise da experiência multimédia quantificada por conhecimentos intrínsecos ... 138 Tabela 2 - Segunda versão: Avaliação do desenho quantificado por preferências de desenho de jogo

... 139 Tabela 3 - Segunda versão: Análise da usabilidade quantificada por interação com a exploração ... 139 Tabela 4 - Segunda versão: Avaliação da jogabilidade quantificada por interação com a exploração 140 Tabela 5 - Segunda versão: Avaliação da performance ... 140 Tabela 6 - Segunda versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na exploração virtual ... 141 Tabela 7 - Segunda versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na oficina ... 142 Tabela 8 - Segunda versão: Avaliação global ... 142 Tabela 9 - Terceira versão, resultados de performance ... 150 Tabela 10 - Terceira versão: Análise da experiência multimédia quantificada por conhecimentos

intrínsecos ... 151 Tabela 11 - Terceira versão: Avaliação do desenho quantificado por preferências de desenho de jogo

... 152 Tabela 12 - Terceira versão: Análise da usabilidade quantificada por interação com a exploração .... 153 Tabela 13 - Terceira versão: Avaliação da jogabilidade quantificada por interação com a exploração153 Tabela 14 - Terceira versão: Avaliação da performance ... 154 Tabela 15 - Terceira versão: Avaliação dos conhecimentos adquiridos na exploração virtual ... 155 Tabela 16 - Terceira versão: Avaliação global ... 155 Tabela 17 - Terceira versão, análise do registo de execuções ... 156 Tabela 18 - Tabela comparativa das tecnologias de edição 3D ... 213 Tabela 19 - Tabela comparativa das tecnologias de edição 3D ... 214 Tabela 20 - Tabela comparativa das tecnologias AR e tratamento multimédia ... 215

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xxv

Lista de abreviaturas, siglas e acrónimos

.NET – Estrutura para desenvolvimento e execução de sistemas e aplicações 2D – Duas dimensões

3D – Três dimensões

API – Interface de programação de aplicações (“Application Programming Interface”) BOO – Linguagem de programação baseada em PYTHON

C# - Linguagem de programação interpretada CSharp C++ - Linguagem de Programação compilada CDoublePlus

DAE – Representa a extensão do formato COLLADA (“COLLAborative Design Activity”) DBR – Metodologia “Design-Based Research”

DIRECT3D – Interface de programação de aplicações para três dimensões FLASH – Plataforma de software multimédia

FPS – Quadros por segundo (“Frames Per Second”) GBL – Metodologia Game Based Learning

GIMP – GNU Image Manipulation Program

GNU – Sistema operativo Linux, proveniente de “Gnu is Not Unix” GPU – Processador gráfico de imagem (“Graphics Processor Unit”) GUI – Interface gráfica do utilizador (“Graphical User Interface”)

HTML – Linguagem de marcação hipertexto (“HyperText Markup Language”) HTML5 – Linguagem de marcação hipertexto quinta versão

IOS – Sistema operativo móvel da Apple Inc.

JAVASCRIPT – Linguagem de programação interpretada

LGPL – Licença de GNU pública menor (“GNU Lesser General Public License”) MACOSX – Sistema operativo da Apple Inc.

MDA – Mechanics, Dynamics e Aesthetics Framework

MP4 – Formato digital de conteúdo multimédia, som e imagem MW – Mestrado em tecnologias e sistemas informáticos Web OGG – Formato digital de conteúdo multimédia, som

OPENGL – API livre de computação gráfica (“Open Graphics Library”) PBL – Metodologia Problem Based Learning

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xxvi

PHP – Linguagem interpretada livre (“Hypertext Preprocessor”) PYTHON – Linguagem de programação interpretada

RA – Realidade Virtual e Aumentada RV – Realidade Virtual

SDK – Kit de desenvolvimento de programas (“Software Development Kit”) VRML – Linguagem de programação de RV (“Virtual Reality Modeling Language”) WAV – Formato digital de conteúdo multimédia, som

Web3D – Conteúdo 3D interativo

WebGL – API para gráficos 2D e 3D (“Web Graphics Library”) WWW – World Wide Web

X3D – Formato padrão livre que representa os gráficos 3D usados nos computadores XML – Linguagem de marcação extensiva (“Extensible Markup Language”)

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Introdução

Enquadramento e justificação

29 As tecnologias Web têm vindo a ganhar popularidade e cada vez mais as tendências tecnológicas apontam para o uso das tecnologias de três dimensões (3D) (Bidarra & Cardoso, 2007), sejam estas Web, cinematográficas ou orientadas para os jogos. Aliada ao ensino, esta tecnologia tem potencial para motivar a aprendizagem em variados domínios (da arquitetura, engenharia à arte). Este trabalho inspirou-se nas criações e imaginação do eterno génio do Alto Renascimento: Leonardo di Ser Piero da Vinci. Usou-se como tema os trabalhos de Leonardo da Vinci sendo implementado um percurso virtual com jogos e desafios. Os utilizadores tiveram de obter ou construir uma série de objetos e outros conteúdos e foram conduzidos a aprender de uma forma fácil e intuitiva.

Pretendeu-se com este trabalho explorar as tecnologias Web orientadas para a realidade virtual, direcioná-las para a comunidade educacional e compreender a sua mais-valia no ensino. Foram estudadas componentes educacionais relacionadas com arquitetura, engenharia e arte. Estes estudos da época renascentista representaram, em muitos casos, tecnologias que foram desenvolvidas e implementadas num passado recente e devido a esse facto, o interesse e curiosidade nessa matéria foi expectável por parte dos intervenientes/público-alvo.

Para conceber esta exploração virtual foi necessário aplicar técnicas de implementação de ambientes virtuais baseados na Web, compreender a dinâmica dos intervenientes na aprendizagem durante o percurso e explorar historicamente a obra e arte de Leonardo da Vinci.

Enquadramento e justificação

Nos dias que correm as tecnologias e os sistemas Web estão cada vez mais presentes no nosso quotidiano. A nossa sociedade “alimenta-se” destas tecnologias como se fosse um bem essencial à vida e os nossos jovens, crescendo neste mundo tecnológico, adquirem de forma natural um à-vontade e facilidade na compreensão e na interação com as tecnologias. Os sistemas multimédia estão no topo das suas preferências, neste grupo destaca-se cada vez mais a realidade virtual. As tecnologias de conteúdo 3D interativo voltadas para a Web (Web3D) e nomeadamente o WebGL, um formato e padrão livre que representa os gráficos 3D, têm-se disseminado em várias

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Introdução

Questões de investigação

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áreas e usadas na forma de percursos virtuais e jogos sérios podem vir a dar contributos significativos ao ensino pelo interesse que despertam nos potenciais utilizadores e pela excelente capacidade de reproduzir conteúdos dinâmicos e criar uma melhor imersão.

Na exploração virtual que desenvolvemos procurou-se cativar os alunos/utilizadores a aprender engenharia, aerodinâmica, arte e até arquitetura. Com demonstrações, desafios e jogos idealizados com base em artefactos históricos, histórias e a envolvente da época. Para implementar este ambiente virtual foram usadas técnicas de realidade virtual e aumentada, técnicas de conversão e conceção 3D, formas de interação e técnicas para a eficiência e performance dos mundos virtuais.

O ensino presencial (face-to-face) em sala de aula em moldes clássicos (professor e livros) é, só por si, cada vez menos suficiente e motivador para os estudantes (Cardoso V. J., 2007) que desde tenra idade sentem um grande apelo e fascínio pela interatividade do mundo digital que, salvo as exceções, em grande medida continua ausente do ensino oficial.

Este trabalho pretendeu testar as tecnologias 3D aplicadas a conteúdos, sob a forma de percursos virtuais, jogos sérios e outras, indagando-se sobre as suas reais potencialidades num ensino válido, eficaz e moderno.

Também sentimos necessidade de investigar aspetos relacionados com utilização de aplicações de realidade virtual e aumentada em dispositivos de uso comum de modo a otimizar a sua performance.

Questões de investigação

Esta investigação orienta-se para o uso da realidade virtual no ensino e a possibilidade de existirem métodos de ensino válidos, eficazes e modernos, fortemente baseados em tecnologias 3D na Web. Neste sentido formulamos a primeira questão de investigação a que se pretende responder com este trabalho é:

- Será que o uso da realidade virtual e de conteúdo multimédia via Web contribui para a motivação e melhoria da aprendizagem?

Os dispositivos de uso comum, nomeadamente os de baixo custo usados para aceder à internet e uso geral de multimédia, normalmente não são orientados para as explorações virtuais e carecem de performance para o seu bom desempenho.

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Introdução

Objetivos

31 Pretendemos testar técnicas de desenvolvimento 3D relacionadas com o melhoramento da performance e definimos como segunda questão de investigação: - É possível realizar explorações virtuais em dispositivos de uso comum com performance computacional e gráfica limitada?

Objetivos

Em conformidade com os propósitos desta investigação definimos os seguintes objetivos:

- Divulgar as tecnologias 3D na escola;

- Difundir e promover as tecnologias 3D na Web;

- Implementar uma exploração virtual do tema escolhido com caraterísticas de jogo sério;

- Elaborar um sítio Web para divulgação e uso da exploração virtual;

- Construir modelos 3D dinâmicos de equipamentos/sistemas concebidos por Leonardo da Vinci;

- Realizar oficinas de trabalho com alunos para promover a ciência interpretada por Leonardo da Vinci;

- Evidenciar e promover a arte e história de Leonardo da Vinci.

- Organizar uma biblioteca aberta de materiais, modelos e objetos de Leonardo da Vinci;

- Usar ferramentas apenas de uso gratuito e sem restrições de utilização;

Relevância do projeto

Proporcionamos com este projeto de RV um exemplo de abordagem de disponibilização de 3D interativo num ambiente Web em que a aplicação distribuída em WebGL corre diretamente no navegador sem necessidade de aplicativos adicionais.

Usou-se criativamente o tema da vida e obra de Leonardo da Vinci numa aplicação pedagógica materializada na forma de um percurso virtual em 3D, com demonstrações, desafios e pequenos jogos que orientam o estudante num percurso de aprendizagem onde se incluem conceitos científicos de física, matemática, geometria, aerodinâmica e arte, entre outros.

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Introdução

Estrutura da dissertação

32

Estrutura da dissertação

Esta investigação comtempla quatro capítulos, procuraram proporcionar, com base num levantamento do estado da arte e pelos métodos aplicados, testes às tecnologias 3D aplicadas a conteúdos e indagar as suas potencialidades num meio de ensino.

No capítulo I o estado da arte, foi feita uma breve apreciação histórica da comunicação como transmissora de conhecimento, descreveu-se os jogos e explorações virtuais apresentando-os como ferramentas de ensino, identificou-se os benefícios e as dificuldades de uso da realidade virtual no ensino.

O capítulo II retratou as metodologias adotadas para a realização desta investigação. Foi feito o estudo das metodologias a aplicar na investigação, definidas as fases do projeto e descreveu-se a aplicação dos métodos.

O capítulo III consistiu no desenho, implementação e avaliação dos protótipos. Avaliou-se o conceito de desenho de jogo e as tecnologias disponíveis nas áreas: Edição 3D, Realidade Aumentada, Linguagens de programação e tratamento multimédia. Após esta fase partiu-se para o desenvolvimento e implementação dos protótipos e respetivas avaliações baseadas em testes de ferramentas, idealização de cenários e construção de objetos.

No capítulo IV a biblioteca aberta, foi feita a descrição do sítio Web e seus conteúdos referentes a esta investigação como os objetos, materiais, tutoriais e vídeos. Após o capítulo anterior redigiu-se as considerações finais e conclusão onde se apresentam os resultados da investigação e fez-se a análise às questões de investigação e objetivos deste trabalho.

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Capítulo I - Estado da Arte

A comunicação como transmissão de conhecimento

35 Neste capítulo é feito um levantamento do estado da arte relativamente ao modo como os jogos sérios ou explorações virtuais são eficazes no ensino.

Começaremos por abordar a comunicação como transmissão de conhecimento, onde são usados processos e ferramentas multimédia para transmitir informação.

Anotaram-se definições e recolheram-se experiências com jogos e/ou explorações virtuais, foram salientados os benefícios do uso destas tecnologias no ensino e as dificuldades que os intervenientes terão durante o processo de implementação e utilização.

1.1. A comunicação como transmissão de conhecimento

A comunicação tem sido um fator importante e decisivo para a história dos jogos e da realidade virtual. O homem sempre teve a necessidade de se comunicar, antes de desenvolver uma linguagem verbal, já compreendia o seu mundo a partir dos signos visuais observados através dos seus olhos. Com base nessas observações pintava gravuras terrestres nos seus abrigos e à medida que a complexidade de “registo” aumentava, as pinturas já não conseguiam transmitir todo o acumular de informação e foram desenvolvidos pictogramas, números e letras originando alfabeto.

Com o evoluir dos tempos, a fixação das populações e crescente vivência em comunidade, novos e eficazes processos de comunicação foram implementados: a tipografia e a pintura. Durante a era do renascimento a arte era o grande meio de comunicação representado por esculturas e pinturas, existiam “oficinas” que produziam artefactos por encomenda. Os pintores e mecenas estavam fascinados e convencidos que a arte não serviria apenas para contar a história sagrada de uma forma comovente, mas também para refletir um fragmento do mundo real (Fernandes, 2015).

Um dos grandes artistas da era renascentista foi o Leonardo de sir Pietro da Vinci, um filho bastardo que não tinha acesso à educação como os filhos legítimos das famílias nobres. Um dos seus primeiros trabalhos foi uma pintura de um escudo que pudesse infligir medo aos opositores e representasse o cavaleiro que o empunhasse, o seu trabalho foi reconhecido pelo seu pai que o deixou entrar num ateliê de renome em Florença, o ateliê de Andrea del Verrocchio. Apesar de ter entrado como ajudante de

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A comunicação como transmissão de conhecimento

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oficina, ao fim de pouco tempo o seu mestre reconheceu o seu talento e aceitou-o como aprendiz dando-lhe acesso a uma aprendizagem em ciências humanas (Herbert, 1998). Este artista contribuiu em muito para a comunicação visual, as suas pinturas eram representadas em perspetiva dando a sensação de profundidade, e os seus registos científicos serviram como referências a muitas tecnologias implementadas apenas no século XX.

No início do século XX apareceu a fotografia e com esta o cinema que de alguma forma destronou as pinturas como meio de comunicação visual preferido, mais tarde o computador emerge como a ferramenta que mudará inexoravelmente a sociedade, essa mudança será igualmente determinante na comunicação visual (Fernandes, 2015).

Com o aparecimento da internet e o desenvolvimento exponencial da tecnologia de computação gráfica emergem os primeiros jogos e simulações com intuitos educativos na área dos jogos de guerra. A proliferação dos computadores pessoais pelas comunidades e consequente uso dos jogos de lazer e simulações, provocaram um interesse súbito em como a aprendizagem imersiva poderia ser usada para apoiar as práticas educacionais.

As simulações foram maioritariamente usadas em formação profissional específica como militar, médica ou de negócios. Quando as simulações passaram a ser associadas à violência e ao lazer, e mais recentemente aos denominados jogos de violência, os tutores e pais rejeitaram a prática dessas simulações. A ideia de estes serem usados como ferramentas de aprendizagem não vinculou perante a sociedade, no entanto, existe uma tendência em se alterar estas mentalidades, os programadores começam a despertar interesse em criar este tipo de jogos porque perceberam que existe mercado para eles.

A fusão entre os jogos de lazer e educativos é uma confusão compreensível porque ambos os termos são usados como sinónimos, o potencial dos jogos educativos é enorme pois estes oferecem experiências de aprendizagem verdadeiramente imersivas e eficazes (de Freitas, 2006).

Já existem casos de estudo de sucesso com o suporte de mundos virtuais que são usados como ferramentas de apoio ao ensino científico, estes são implementados por comunidades universitárias aliadas a empresas privadas de modo a exponenciar o ensino via mundos imersivos (de Freitas, 2008).

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Jogos e explorações virtuais

37 O exemplo dessas parcerias já é visível em várias áreas da nossa comunidade atual (Dias, 2009):

- Na Educação realizam-se experiências de química sem riscos de explosão e perigos associados à exposição de químicos perigosos;

- Na história pode-se visitar monumentos ou locais de valor histórico;

- Na astronomia é possível visitar planetas e a matemática deixa de ser abstrata. - No Entretenimento visitam-se museus, assistem-se a espetáculos, exposições e animações virtuais;

- Na indústria são realizados testes de colisão e de aerodinâmica por parte de empresas do ramo automóvel. As mais vocacionadas para a distribuição analisaram sistemas de transportes em cidades virtuais, outras desenvolveram sistemas de marketing para cozinhas em que os clientes constroem o seu modelo virtualmente;

- Na medicina faz-se ecografias 3D, tratamentos de fobias, ensino de anatomia e treino para intervenções cirúrgicas.

Desde muito cedo que o ser humano tem elaborado formas de comunicar e transmitir conhecimento. Chegámos ao ponto que conseguimos simular a realidade em ambientes virtuais maximizando o seu estado imersivo, se os configurarmos em formato de jogo podemos potenciar a transmissão de informação e consequentemente aumentar a sua aprendizagem.

1.2. Jogos e explorações virtuais

Um outro engano comum é igualar o conceito de jogo a explorações virtuais. Categorizando os jogos estes, dividem-se em quatro categorias: Jogos Educacionais, Jogos via Web, Jogos Sérios e Simulações:

- Jogos educacionais são aplicações que usam as características de jogos de vídeo ou de computadores para criar experiências de aprendizagem envolventes;

- Jogos via Web são os que são usados por um grande número de jogadores em simultâneo;

- Os Jogos sérios são jogos em que a educação (em diversas formas) é o objetivo principal em vez de o entretimento.

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38

- As simulações são uma forma de representar o mundo real num computador, consiste em prever comportamentos do sistema alterando as suas variáveis de atuação.

No entanto existem duas grandes confusões em redor dos jogos sérios, a primeira reside na fusão do conceito de jogos de entretenimento com jogos educacionais ou jogos sérios. A segunda é o fato de existirem inúmeras definições de jogos que geram diferentes terminologias que por sua vez são usadas por diferentes grupos (de Freitas, 2006).

As explorações virtuais representadas pelos mundos virtuais têm como predecessores dimensões multiutilizador desenvolvidas na década de 80, eram representados em modo de texto e, mais tarde em 1985 surgiu o primeiro mundo virtual baseado no mesmo conceito mas usando gráficos e avatares, o “Lucasfilm’s Habitat”. Este mundo virtual gráfico suportou uma comunidade de utilizadores na Web por ainda 6 anos, estes podiam-se comunicar, jogar, apaixonarem-se, abrir negócios, fundar religiões, protestar, tudo o que uma comunidade pode fazer no mundo virtual.

Com o aumento da largura de banda, da conectividade e do processamento gráfico, surgiram os primeiros mundos virtuais em 3D (de Freitas, 2008). Estes poderão ser ferramentas principais (vídeo e texto como secundárias): na aprendizagem da história, na aquisição de habilidades, na avaliação do trabalho e em muitas das nossas formas mais rentáveis e produtivas de colaboração. Aliás, num futuro próximo pode-se providenciar um envolvente conjunto de serviços educacionais incluindo e-portefólios, materiais de e-learning, sessões de sala de aula, repositório de matérias de aula, jogos de aprendizagem, acompanhamento e monitorização de tarefas, comunicação entre tutores e alunos e e-avaliações (de Freitas, 2008).

As principais caraterísticas dos mundos virtuais resumem-se em fatores que se servem de métricas para um bom desenvolvimento do mundo virtual (de Freitas, 2008):

- Existência de controlo, esta interatividade promove-se com a criação de um avatar;

- Colaboração, fomenta-se com a construção em comunidade;

- Persistência, a capacidade que o mundo virtual tem de ser apelativo ao uso; - Necessidade de interatividade de experiências em 3D;

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39 - Imersão e interatividade, normalmente conseguido com a representação de um meio ambiente e da inclusão do utilizador nesse ambiente.

Um exemplo interessante no uso de jogos sérios é a realidade alternativa ou realidade mista, este tipo de jogos permitem combinar mundos físicos com virtuais. São uma alternativa barata aos jogos sérios convencionais e mundos virtuais, estes oferecem aos estudantes a possibilidade percorrer o mundo real baseando-se em narrativas ou gravação de eventos (de Freitas, 2008).

Existem algumas desvantagens que podem ser atribuídas aos jogos, a mais comum será a violência, ou ainda a existência de demasiada informação a processar que poderá tirar o foco do essencial, a constante necessidade de recompensa e a enorme quantidade de recursos utilizados para a elaboração do jogo.

No entanto, o jogo como uma ferramenta de elevado potencial educacional pode agrupar as seguintes vantagens no ensino (Fernandes, 2015):

- Fomentam a aprendizagem dinâmica, diversificada e motivadora; - Permitem desempenho e exploração de atividades diferentes; - Admitem a partilha do mesmo espaço virtual;

- Facilitam a dinâmica colaborativa e de grupo; - Possuem ambientes atraentes e interativos; - Aumentam a criatividade;

- Favorecem a aprendizagem pela exploração;

- Capturam a atenção do jogador pela oferta de desafios; - Facilitam a compreensão;

- Promovem a literacia em TIC assim como a temática de jogo; - Promovem a aprendizagem fora da sala de aula;

- Possibilitam a experimentação.

Casos de estudos efetuados na plataforma virtual “Second life”1_{verificaram que}

são treinadas habilidades sociais e desenvolvidas experiências científicas. Foi explorado o que não é praticável na sala de aula: a aprendizagem é feita ao ritmo do aluno representando-se espacialmente, os conceitos abstratos ficam mais reais, a plataforma torna-se numa unidade multissensorial e proporciona o anonimato muito apreciado

1_{Retirado do sítio WEB Second Live, obtido a partir de http://secondlife.com/, acedido em 04 Março de}

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Jogos como ferramentas de ensino

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pelos alunos. Os desafios durante o seu uso começam pela preparação necessária do Professor e Aluno, pela existência de problemas de acessibilidade, por falta de coordenação do movimento do olho com os movimentos da mão por parte do utilizador, pela lacuna de segurança devido à exposição a estranhos, o não ter conhecimentos informáticos necessários, pela semelhança enganosa a jogos de vídeo e a plataforma ser visualmente irresistível distraindo a aprendizagem (Oh & Nussli, 2014).

Existem outros projetos de referência que contribuem para a investigação de jogos sérios ou explorações virtuais orientadas para o ensino. Exemplos desses projetos (de Freitas, 2008):

- “Active Worlds Educational Universe”2_{, uma ferramenta de suporte de ensino}

orientado para a ciência;

- “SciLands in Second Life”3_{, conferências virtuais no âmbito da educação da}

ciência;

- “Croquet Community” atualmente “3D Immersive Collaboration”4_{, fóruns de}

suporte para investigação;

- “Forterra’s OLIVE platform”5_{, uma plataforma de suporte à medicina cirúrgica}

e incidentes catastróficos.

1.3. Jogos como ferramentas de ensino

O conhecimento é um dos maiores valores humanos e o sistema de ensino tem de estar preparado para que o desenvolvimento tecnológico pode levar as crianças a jogar jogos durante as aulas (Leitão, 2013).

Estudos revelaram que temos a capacidade de recordar 10% do que lemos, 20% daquilo que ouvimos, mas conseguimos reter 90% do que aprendemos através de uma participação ativa, esta participação pode ser realizada pela interação com a realidade

2_{Retirado do sítio WEB Active Words, obtido a partir de https://www.activeworlds.com/web/index.php,}

acedido em 04 Março de 2017

3_{Retirado do sítio WEB Second Live, obtido a partir de http://secondlife.com/, acedido em 4 março de}

2017

4_{Retirado do sítio WEB 3D Immersive Collaboration, obtido a partir de http://www.3dicc.com/ acedido}

em 4 março de 2017

5_{Retirado do sítio WEB Hospital Management , obtido a partir de}

http://www.hospitalmanagement.net/contractors/courses/forterra-systems/, acedido a 4 de março de 2017

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41 virtual em formato de jogos sérios, explorações ou simulações (Dias, 2009). Segundo Fernandes, a educação é um processo de eterna atualização, portanto inacabado, possibilita a procura, a construção de conhecimento, descobrindo, explorando, observando (Fernandes, 2015). A descoberta com base na observação e exploração foi um processo eficaz para aprender mas durante esse processo, aprender é mais um processo de aprendizagem que leva a alterar um comportamento ou conhecimento do que um aumento quantitativo de conhecimento ou armazenamento de informação para ser reproduzido (Lameras, et al., 2013).

Segundo Leitão, os jogos possuem elementos competitivos numa variedade de áreas de conhecimento, que podem motivar pelo desafio, fantasia e curiosidade. Contudo entre os jogos e a educação é aconselhável existir um equilíbrio tem de haver uma relação yin e yan, dizendo que os jogos são altamente envolventes e fracos de conteúdos, enquanto a educação é grandiosa em conteúdos e fraca na sua envolvência (Leitão, 2013).

De Freitas & Oliver (2006) desenvolveram uma estrutura para avaliar o uso dos jogos e simulações no ensino, esta estrutura avalia o contexto do jogo, a especificação do aluno, considerações pedagógicas e ferramentas de suporte. Este tipo de análise veio contribuir para o entendimento do uso pedagógico dos jogos e simulações (de Freitas & Oliver, 2006).

Para além de existir este tipo de estrutura a avaliar o uso dos jogos no ensino, foram criadas oportunidades de uso dos jogos no ensino, criaram-se aplicações com características de vídeo e de jogos de computador de modo a gerar envolvência e imersividade para a produzir experiências de aprendizagem com determinados objetivos, resultados e experiências (de Freitas, 2006).

As explorações virtuais proporcionaram uma aprendizagem adquirida sobre ambientes de exploração, vivências e experiências virtuais que tenham suporte baseado em manuais ou unidades de apoio. Esta noção de aprendizagem concentrou-se em padrões que poderiam ser facilmente transferidos por meta-reflexão para situações similares. O aluno ao jogar jogos, treinar em simulação, ver televisão ou cinema, navegar pela internet ou ouvir música é a sua abordagem para essa atividade, o seu mentor ou tutor terá sempre a decisão de quando e como a aprendizagem terá lugar. Quanto mais o aluno estiver imerso na atividade, mais este fica disposto a exercê-la na sua

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aprendizagem. O entusiamo na aprendizagem foi colocado sobre o aluno, ao percorrer por caminhos específicos fez com que o ambiente tenha sido um cenário de produção ou mesmo uma coreografia de atividades e experiências. Esta mudança foi talvez um pequeno passo no sentido de utilizar mundos imersivos virtuais de aprendizagem e formação (de Freitas, 2008).

Os mundos virtuais estão a começam a oferecer uma nova infraestrutura de suporte ao ensino e à investigação colaborativa interdisciplinar, começou a ser possível desenvolver investigação de projetos colaborativos e de novas ferramentas (de Freitas, 2008).

Um dos aspetos para efetuar uma aprendizagem eficaz passa pela motivação, precisa de ser sustentada através de respostas, reflexão e envolvimento ativo para que os objetivos de aprendizagem sejam cumpridos, é importante existir um equilíbrio entre um percurso de jogo excitante e uma aprendizagem devidamente consumada. Os jogadores têm de sentir realismo, desafio, oportunidade de exploração e controlo. Os jogos via Web multijogador são uma das formas mais poderosas de motivação, possibilitam a replicação em grupo de situações e conflitos em diferentes condições e configurações (de Freitas, 2006).

Outras necessidades foram levantadas na adaptação dos jogos ao ensino, estes precisavam de ser postos em prática de uma maneira eficiente para cumprirem os projetos e princípios pedagógicos, proporcionar mais desenvolvimento e investigação demonstrando que podem ser usados na aprendizagem em abordagens futuras. Dar oportunidades programadores de auxiliar os tutores a adotar jogos baseados para a aprendizagem na sua sala de aula e, possibilitar aos utilizadores (alunos) de escolherem como irão aprender usando espaços imersivos, partilha de experiências e ensaio de habilidades como no mundo real (de Freitas, 2006).

Os Jogos desenvolvidos nos dias de hoje podem ser jogados em computadores pessoais, consolas, dispositivos portáteis ou telemóveis. São implementados sem o uso de uma linguagem de programação, são usadas ferramentas de edição e pacotes de desenvolvimento de aplicações. Estas ferramentas de edição estão sendo consideradas como tecnologias interativas que podem ser usadas com alguma flexibilidade noutros dispositivos. O grande potencial da aprendizagem pelos jogos sérios é tirar partido desta

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Benefícios para o ensino

43 grande diversidade de mecanismos e oferecer uma aprendizagem verdadeiramente imersiva (de Freitas, 2006).

O uso de mundos virtuais na aprendizagem ainda é um campo relativamente novo, a curva de aprendizagem poderá ser acentuada quando se utiliza estas aplicações para apoiar a aprendizagem, tanto para tutores como alunos.

A experiência de jogo poderá ser prejudicial para a aprendizagem, os jogadores estavam habituados a níveis elevados de fidelidade e interatividade que são entregues nos mundos virtuais, desviando-os do propósito que é a aquisição de conhecimento.

Os jogos continuam a ser uma experiência importante que estão a ir na direção da cultura da simulação, as tecnologias digitais atuais já permitem essa implementação, investigação e a interrogação de mundos hipotéticos que representam cada forma de como trabalhamos ou jogamos (de Freitas, 2006).

1.4. Benefícios para o ensino

Nos tempos que correm, os computadores trazem outras formas de aprender, diversificam e enriquecem o ambiente educativo, geram um novo interesse e uma nova motivação na escola. Estes, aliados ao professor no sistema educativo, pode ser um “catalisador” de mudanças. A criança pode, agora, aprender “brincando” e, ao seu ritmo, construir o seu próprio conhecimento (Dias, 2009).

As novas tendências tecnológicas apontam para um uso cada vez mais generalizado das tecnologias 3D, inclusive na Web. Nesta linha a realidade virtual (RV) e os Mundos Virtuais deveriam ser recursos mais comuns na educação (Fernandes, 2015).

O uso e a integração do computador nas escolas com a função de ensinar levam o professor a adaptar-se, a deixar de ser o ponto central na sala cujo objetivo é transferir o conhecimento e passa a ser a ser o organizador/coordenador das tarefas que irão transmitir esse conhecimento. As aulas passam a ser centros de criação e investigação (Leitão, 2013).

No caso do uso de mundos virtuais na educação e em especial enfase os utilizadores que abraçam pela primeira vez esta plataforma, é importante que tenham uma orientação cuidada ao induzi-los na sua utilização, só assim maximizam o seu envolvimento com os mundos virtuais como um todo (Magoulas, Poulovassilis,

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Benefícios para o ensino

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Rebolledo-Mendez, Liarokapis, & de Freitas, 2010). O potencial de usar esta tecnologia na sala de aula não tem limites, a sua aplicação prática exige que os professores recebam formação adequada que lhes dê confiança nas suas capacidades de ensino em ambiente virtual e no seu compromisso em usar as tecnologias 3D nas salas de aula (Oh & Nussli, 2014).

Lameras, ao analisar o envolvimento dos alunos e a eficácia de um jogo como ferramenta de aprendizagem num ambiente académico considerou que o jogo pode aumentar o envolvimento do aluno em questões de sustentabilidade, especialmente em contextos de aprendizagem combinada para “misturar” abordagens pedagógicas diferentes, com ferramentas e meios de comunicação como meio de transformar a prática educativa (Lameras, et al., 2013).

Os mundos virtuais enriquecem a aprendizagem e instruem o aluno fornecendo múltiplos modos de comunicação entre os alunos, potenciam a configuração dos problemas de aprendizagem e oferecem ao utilizador o controlo na sua experiência de exploração. As oportunidades geradas pela experiência virtual consistem em aumentar o poder de ação sobre atividades e tarefas a realizar: O controlo total do seu avatar, o encorajamento no percurso de caminhos de aprendizagem personalizados, a criação de oportunidades de reflexão para o aluno, a disponibilização de uma infraestrutura de investigação de forma a trabalharem em conjunto (de Freitas, 2008).

Nos últimos anos, o uso generalizado de jogos comerciais no domínio da aprendizagem tem recebido especial atenção, até muito recentemente estratégias para apoiar os métodos mais eficazes de aprendizagem com jogos eram incertos. Os professores ficavam indecisos que jogos usar, em que contexto, como os avaliar e validar. Estudos revelam que é mais eficiente usar técnicas de aprendizagem misturadas na promoção dos jogos no ensino, ao se combinar diferentes abordagens pedagógicas com ferramentas e meios tecnológicos transformando-se a prática educativa, o papel do professor neste processo será facilitar o processo do jogo (Lameras, et al., 2013). Para além destas dificuldades e nos dias que correm, tudo o que envolve o uso de computadores no ensino deixam os alunos interessados, é mais notório em tópicos em que os alunos têm menos interesse, em que têm de pensar que estão a jogar em vez de aprender (Oh & Nussli, 2014).

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Dificuldades de uso de realidade virtual no ensino

45 O anonimato e a autonomia podem ser benefícios adicionais, os estudantes mais tímidos e resilientes são levados a participar de boa vontade e a envolverem-se mais facilmente na aprendizagem, são dois fatores que não existem na sala de aula e que são muito apreciados pelos estudantes.

A competição foi identificada como outra forma de tirar vantagem dos mundos virtuais, esta é feita por comentários de incentivo, no entanto, os de advertência podem ser frustrantes para o utilizador, desmotivando-o. A espera pelo carregamento ou processamento do jogo (partes do jogo) ou mesmo a falta de sugestões e direções para completar o percurso, podem ser depreciativos ou irritantes para o aluno, é necessário muita orientação, tarefas descriminadas e direções muito claras (Oh & Nussli, 2014).

Casos de estudo demonstram que enquanto um tutor explicava algumas caraterísticas básicas de um programa, os alunos, ficaram atraídos, absorvidos e muito quietos. Também revelaram um melhoramento de atenção na ordem dos 100% e o envolvimento com o programa foi notável: A interatividade foi um grande fator que ajudou o seu envolvimento na aprendizagem (de Freitas, 2008).

Segundo Leitão (2013), os jogos podem contribuir largamente para o desenvolvimento emocional e social incluindo as diferentes tentativas de formas de cooperação e competição. A criança pode descobrir a importância das regras e quais as que funcionam melhor. Durante o tempo de jogo, esta direciona a sua atenção aos pormenores para conseguir o melhor desenvolvimento no jogo. Estas experiências ajudam as crianças a formar conceitos mais maduros de pensamento e de resolução de problemas. Dessa forma e através dos jogos o aluno aprende a agir, a curiosidade é estimulada, adquire iniciativa e autoconfiança enquanto desenvolve a linguagem, o pensamento e a concentração (Leitão, 2013).

1.5. Dificuldades de uso de realidade virtual no ensino

Aquém da formação necessária, os Tutores quando preparam uma introdução a jogos ou a simulações 3D na prática da educação na sala de aula são confrontados com várias questões como: Que jogo ou simulação escolho para um contexto específico de aprendizagem? Que abordagens pedagógicas posso usar para ensinar ou formular atividades? Qual a validade em usar o jogo ou simulação? Todas estas questões fazem

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Resumo do capítulo

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com que os tutores manifestem uma necessidade de apoio extra ao selecionar e utilizar jogos e simulação na sua prática no ensino, o desenvolvimento e acesso a pacotes de ferramentas e estruturas para agilizar esse processo de seleção beneficiaria o Tutor, encorajando-o a refletir sobre o uso de jogos e simulações, bem como apoia-los no processo de envolvimento e de motivação em grupos específicos (de Freitas & Oliver, 2006).

Para além das dificuldades técnicas, o uso de jogos nas escolas é pouco utilizado, deve-se à dificuldade de os professores terem de identificar rapidamente como um jogo é relevante para alguma componente curricular. A falta de persuasão perante a escola e todas as pessoas envolvidas na aprendizagem, quanto aos potenciais/benefícios educacionais dos jogos de computador (Leitão, 2013). Ultrapassadas estas barreiras, existiu a falta de compreensão de como estes jogos poderão ser usados em prática de uma maneira eficiente e, a falta de acesso a equipamento com processamento gráfico recente para que estes jogos funcionem corretamente. De todas as dificuldades apontadas, a que se realça e que dificulta a imposição dos jogos sérios nas salas de aula está relacionado a máquina dimensionada para o efeito: A não existência de suporte técnico, ao desconhecimento de programas de desenvolvimento, a não existência de comunidades de entreajuda, a falta de grupos com interesse de aprender via estes jogos e ao elevado custo do programa de desenvolvimento (de Freitas, 2006).

1.6. Resumo do capítulo

Os jogos sérios e explorações virtuais são ótimas ferramentas para transmitir conhecimento, esse processo moderno de transmissão de conhecimento e aprendizagem já se pratica nos dias de hoje, não é mais que a adaptação dos métodos antigos como a escrita, desenho, fotografia e cinema às tecnologias multimédia da era moderna. Essa adaptação não é fácil, é necessário aliar conceitos pedagógicos, técnicas de desenho e conceção, conhecimentos tecnológicos e tecnologias que normalmente não estão ao acesso de todos.

Investigadores e empresas já exploram a possibilidade de produzir jogos sérios ou explorações virtuais não só para uso comercial mas também com a finalidade de transmitir conhecimento, essa transmissão de conhecimento pode ser aplicada numa

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Resumo do capítulo

47 sala de aula auxiliando o tutor e exponenciando a aprendizagem do aluno, no entanto existem dificuldades que precisam de ser ultrapassadas como preconceitos da sociedade quando afirmam que o jogo é uma má influência, como a aprendizagem das tecnologias 3D que poderão não estar acessíveis a todos ou, como transpor orçamentos apertados para aquisição e uso dessas tecnologias.

Apesar de todas essas dificuldades, atualmente já existem conceitos, opiniões de especialistas e dados estatísticos que comprovam que os jogos e as simulações são uma mais-valia para o ensino, indo mais além, estes complementam-se e exponenciam a aprendizagem.

No próximo capítulo abordaremos as metodologias que foram usadas para a realização desta investigação.

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Capítulo II - Metodologias

DBR, Design-based Research

51 O presente capítulo retrata as metodologias adotadas para a realização desta investigação. Durante o decorrer da investigação para além das avaliações e escolhas de tecnologias para o desenvolvimento do protótipo, foi necessário o seu ajuste constante para garantir os resultados desejados.

No âmbito da interação da realidade virtual com a educação foi fundamental escolher as metodologias respeitando o tema escolhido e os conceitos práticos e tecnológicos associados. A necessidade de encandear metodologias para chegar ao resultado final levou-nos a recorrer a quatro estruturas metodológicas: Design-Based Researh (DBR), Game Based Learning (GBL), construtivismo e Exploratory Learning Model (ELM).

2.1. DBR, Design-based Research

Alguns dos critérios fundamentais que estão subjacentes à utilização da metodologia DBR, prendem-se com o facto de abordar novas metodologias de ensino no sentido de envolver os alunos, tornando-os reflexivos, críticos, integrados num contexto atualizado (Fernandes, 2015).

Os investigados assumem papéis de desenhadores (“designers”) e de investigadores com base em procedimentos e métodos de ambos os campos, sob a forma de uma metodologia hibrida. DBR não substitui outras metodologias, fornece uma abordagem alternativa que proporciona uma melhoria direta, escalável e concorrente na pesquisa, na teoria e na prática (Wang & Hannafin, 2005)

A DBR redefine-se em cinco características base (Wang & Hannafin, 2005): - A primeira a pragmática que, traduzindo à letra é aquilo que habitualmente se pratica, esta característica leva os investigadores a abordar questões práticas para promover a compreensão fundamental dobre o desenho (“design”), aprendizagem e ensino;

- A segunda é a fundamentada, antes de conduzir a investigação os investigadores selecionam uma teoria sobre aprendizagem e instrução, examinam a literatura e os casos disponíveis de desenho, identificam as lacunas para validar a investigação e para identificarem os problemas e as questões existentes. Nos esforços

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52

subsequentes são reanalisadas e refinadas essas teorias para determinar quais as intervenções serão introduzidas ou eliminadas;

- A terceira característica é conhecida por ser Interativa, Iterativa e flexível. A investigação obriga a colaboração entre os investigadores e os participantes durante os processos. Devido à relação entre a teoria e a prática ser dinâmica e complexa é necessário existir uma interatividade do participante quando a teoria é aplicada, sem esta interatividade não é possível aplicá-la. Também é caracterizado por um ciclo iterativo de desenho, promulgação ou implementação, análise e redesenho. Os processos também são flexíveis, os participantes procuram melhorar o plano inicial que foi desenhado pelo processo de implementação;

- A quarta característica é apelidada de Integrativa. Baseia-se na integração de uma grande variedade de abordagens como pesquisa, análise, avaliação, estudo de caso, entrevista, métodos de inquérito e analise comparativa. Usa-se uma combinação de métodos, dados de várias fontes para aumentar a objetividade, validade e aplicabilidade das investigações em curso;

- Por último a quinta característica é de carisma contextual. Os processos da pesquisa, os resultados da investigação e as alterações efetuadas desde o início da investigação são documentadas. Todos os avisos, reclamações e orientações sobre os princípios resultantes são fornecidos. Deste modo todos os investigadores ou desenhadores interessados podem seguir o aparecimento de uma inovação ou combinações de inovações e examinar os fatores contextuais ou condições em detalhe que produziram determinados efeitos.

Para gerar teorias de desenho prático, credíveis, e contextuais, é necessário que o inquérito seja rigoroso, disciplinado, e iterativo. DBR tem como objetivo gerar princípios de desenho pragmáticos e generalizáveis (Wang & Hannafin, 2005):

- O primeiro princípio, baseia-se em suportar a investigação com recursos relevantes às necessidades da investigação, recursos como literatura e estudos de caso provenientes de várias fontes;

- O segundo impõe objetivos práticos para o desenvolvimento da teoria com a finalidade de implementar um plano de início;

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53 - O terceiro principio limita-se na necessidade de conduzir a investigação num ambiente real e ter em conta a influência dos fatores sociais e dinâmicos que afetam ambos os participantes como os processos do projeto;

- No quarto princípio fomenta-se uma colaboração estreita e imersiva com entre os desenhadores e os colaboradores para garantir a viabilidade do plano inicial e melhorar o desenho reescrito;

- O quinto baseia-se em implementar métodos de investigação propositados e sistemáticos, como observações, entrevistas, pesquisas e análises de documentos.

- O sexto princípio tem como necessidade analisar os dados imediatamente, de forma continua e retrospetivamente;

- O sétimo tem como necessidade refinar o processo de desenho continuamente; - O oitavo princípio baseia-se em documentar influências contextuais para que futuros desenhadores ou investigadores tenham acesso a princípios de desenho com contextos simples e de importância pratica.

- O nono e último tem a finalidade de validar a generalização do projeto, com os refinamentos feitos e as inovações introduzidas é necessário verificar as metas teóricas de forma a cumprir os objetivos dos requisitos teóricos da investigação.

De uma maneira geral, deve-se tentar retirar o melhor que existe em cada metodologia e aplicá-la de forma contextualizada, a metodologia DBR acaba por ter esse mérito, não desaproveita qualquer método, seja quantitativo, qualitativo ou crítico, adequa-o conforme o caso e a respetiva fase do processo, aplica-o no cenário real tendo a preocupação de integrar os vários agentes do processo de forma colaborativa e abrangente (Fernandes, 2015).

A DBR centrando-se na pesquisa temática no terreno e/ou na resolução de problemas, pretende introduzir uma dinâmica integradora e de síntese entre a teoria e a prática. A teoria decorre diretamente da prática, tal como esta daquela, num processo interativo, não havendo separação entre o saber e o saber fazer. Assim, integra conhecimentos adquiridos e desencadeia a aquisição de novos conhecimentos e experiências (Nobre, 2012).

Ao utilizar esta metodologia aliou-se a teoria à prática pela experimentação de práticas envolvendo o investigador, professor ou mesmo o aluno. Aplicou-se esta metodologia no estudo das tecnologias e técnicas de desenvolvimento de ambientes